(57)【要約】【課題】要素の再分割を効率よく行える鍛造変形の解析方法を提供する。【解決手段】距離が最も小さい２つの上型モデル側節点１０Ｓ，１０Ｓの距離Ｂｔが予め定めた判定距離Ｂ（基準寸法）未満であるか否かの判定を行い(ステップＳ８）、ステップＳ８でＹＥＳ（Ｂｔ＜Ｂ）と判定すると、距離が最も小さい２つの上型モデル側節点１０Ｓ，１０Ｓが未充満部４の内方に進む内方進行状態にあるか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９のＹＥＳ判定に応じて、距離が最も小さい２つの上型モデル側節点１０Ｓ，１０Ｓ近傍の要素を寸法Ｂｔで微細化するように要素の再分割を行う(ステップＳ１１）。要素の再分割をすべき部分を、解析途中に把握しており、前もって再分割箇所を定める必要がなく便利である。要素の再分割により鍛造キズの発生有無を良好に判定できる。要素の再分割を局所的に行って果たすので、計算時間を必要最小限に抑えることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具に加圧される素材を対象にして構成され、有限要素法を用いた解析に用いられる素材モデルと、該素材モデルに対応して前記工具を対象にして構成される工具モデルと、を有した鍛造変形の解析方法であって、
前記素材モデルにおける未充満部の輪郭部の節点であり前記工具モデルに接触している節点に相当する工具モデル側節点のうち、距離が最も小さい２つの工具モデル側節点の距離が予め定めた基準寸法未満であるか否かの判定を行う距離判定工程と、
該距離判定工程が、前記距離が最も小さい２つの工具モデル側節点の距離が前記基準寸法未満であると判定した場合、前記距離が最も小さい２つの工具モデル側節点が未充満部の内方に進む内方進行状態にあるか否かを判定する進行状態判定工程と、
該進行状態判定工程が、前記距離が最も小さい２つの工具モデル側節点が前記内方進行状態にあると判定した場合、前記距離が最も小さい２つの工具モデル側節点近傍の要素を微細化するように要素の再分割を行う再分割工程と、を有することを特徴とする鍛造変形の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有限要素法を用いて鍛造変形を解析する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、機械製品の応力解析手法や各種部材の挙動解析手法として有限要素法（ＦＥＭ）が広く用いられている。有限要素法は、解析対象を、複数の節点を連接してなる有限要素の集合体にモデル化し、各要素に比較的簡単な特性を与えて、節点の変位を逐次計算して全体の変形をシミュレーションし、系全体の性能、挙動などを解析するものである。
【０００３】
上述した有限要素法を用いた解析方法の一例として特許文献１に示される方法がある。特許文献１に示される解析方法は、鍛造などにおける塑性変形の解析に用いられ、解析モデルとして、上側の金型（上型）、下側の金型（下型）およびこれらの間の材料（被加工物）についてそれぞれ塑性変形解析のためのモデルを作成し、加工の進捗に応じた材料の変形状態を計算によって求めている。
【０００４】
この解析方法では、計算を進めるに従って、材料モデルが、変形によって一部の要素がつぶれてしまうこと等により計算を進めることが不可能になる場合があることを考慮し、計算の進捗に伴う解析モデルの変形に応じて、改めて要素の再分割を行うようにしている。そして、前記要素の再分割は、上型の輪郭線上に予め基準点を設定しておき、この基準点を利用して、要素密度を大きくすべき部分を求めることにより、行うようにしている。
【特許文献１】特開平１１−２７２８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来技術では、要素の再分割を行うための基準点の設定によっては、本来再分割すべき部分と外れた部分について要素の微細化が行われることが起こり得た。そして、このような事態になることを回避するために、広い範囲にわたって要素の微細化を行うことも起こり、その分、計算時間の増大を招く虞があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、要素の再分割を効率よく行える鍛造変形の解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、工具に加圧される素材を対象にして構成され、有限要素法を用いた解析に用いられる素材モデルと、該素材モデルに対応して前記工具を対象にして構成される工具モデルと、を有した鍛造変形の解析方法であって、前記素材モデルにおける未充満部の輪郭部の節点であり前記工具モデルに接触している節点に相当する工具モデル側節点のうち、距離が最も小さい２つの工具モデル側節点の距離が予め定めた基準寸法未満であるか否かの判定を行う距離判定工程と、該距離判定工程が、前記距離が最も小さい２つの工具モデル側節点の距離が前記基準寸法未満であると判定した場合、前記距離が最も小さい２つの工具モデル側節点が未充満部の内方に進む内方進行状態にあるか否かを判定する進行状態判定工程と、該進行状態判定工程が、前記距離が最も小さい２つの工具モデル側節点が前記内方進行状態にあると判定した場合、前記距離が最も小さい２つの工具モデル側節点近傍の要素を微細化するように要素の再分割を行う再分割工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、再分割されるべき部分を局所的に定めており、これにより挙動解析を精度良く行え、例えば鍛造キズの発生有無の判定を行えるようになる。要素の再分割を局所的に行って果たすので、計算時間を必要最小限に抑えることができる。
また、要素の再分割をすべき部分を、解析途中に把握しており、前もって再分割箇所を定める必要がなく便利であると共に、再分割すべき部分をより精度高く特定でき、その分、解析精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態に係る鍛造変形の解析方法を図１及び図２に基づいて説明する。
本実施の形態では、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、略筒状の金属の素材１を上下の金型（上型２、下型３という。）で圧力を加えて塑性流動させて成形する鍛造加工に対して、有限要素法を用いて前記素材１の挙動解析を行うようにしている。本実施の形態では、素材１に対する上型２の加圧は１回の加圧操作で行われるのではなく、複数回〔本実施の形態では、便宜上５回（以下、回に代えてステップという。）とする。〕に分けて段階的に行われる。また、本実施の形態では、前記挙動解析の過程において、後述するように要素の再分割を行うようにしている。
【０００９】
なお、前記素材１の鍛造加工の初期段階では、図１（Ａ）に示すように、未充満部４は大きく、鍛造加工の進行に伴い、未充満部４は、図１（Ｂ）に示すように、小さくなる。そして、未充満部４が小さくなることに伴い、すなわち、充満状態になるに従い、キズ〔いわゆる鍛造キズ（充満の直前に２方向の材料流れがあるときに発生する欠陥）〕が発生する可能性がある。
【００１０】
前記素材１の挙動解析は、電子計算機を用いて行われ、素材１を対象にして有限要素法を用いた解析に用いられる素材モデル１Ａと、この素材モデル１Ａに対応して上型２（工具）、下型３を対象にして構成される上型モデル２Ａ（工具モデル）及び下型モデル３Ａと、が形成される。素材モデル１Ａ、上型モデル２Ａ（工具モデル）及び下型モデル３Ａは、複数の節点を連接してなる有限要素の集合体としてモデル化される。
上記素材１の挙動解析では、図２に示すように、まず、物性値および初期条件が入力される(ステップＳ１）。次に、素材モデル１Ａに対して、寸法Ａ〔ｍｍ〕で要素分割が行われる(ステップＳ２）。
【００１１】
次に、後述する２つの上型モデル側節点１０（工具モデル側側節点）の距離との大小の判定に用いる判定距離Ｂ（基準寸法）の設定が行われる(ステップＳ３）。
次に、要素再分割サイズＡｓ（Ａｓ＜Ａ）〔ｍｍ〕が設定される(ステップＳ４）。
ステップＳ４に続いて、前記上型２の加圧に対応して、この素材１の挙動解析の主計算が開始され(ステップＳ５）、これに続くステップＳ６で主計算が実行され、これに伴い、同ステップＳ６で、主計算の演算回数が１インクリメントされる。
【００１２】
次に、主計算の演算回数が５ステップになったか否かを判定する(ステップＳ７）。
ステップＳ７でＮＯ（主計算が未終了である）と判定すると、素材モデル１Ａにおける未充満部４Ａの輪郭部の節点であり前記上型モデル２Ａ（工具モデル）に接触している節点に相当する上型モデル側節点１０のうち、距離が最も小さい２つの上型モデル側節点１０Ｓ，１０Ｓ（工具モデル側節点）の距離Ｂｔが予め定めた判定距離Ｂ（基準寸法）未満である（Ｂｔ＜Ｂ）か否（Ｂｔ≧Ｂ）かの判定を行う(ステップＳ８、距離判定工程）。図１では、距離が最も小さい２つの上型モデル側節点１０Ｓ，１０Ｓを示している。なお、これ以外に、図１紙面垂直方向に、複数の上型モデル側節点１０が存在している。
【００１３】
ステップＳ８でＮＯ（Ｂｔ≧Ｂ）と判定すると、ステップＳ６に戻る。
ステップＳ８でＹＥＳ（Ｂｔ＜Ｂ）と判定すると、距離が最も小さい２つの上型モデル側節点１０Ｓ，１０Ｓが未充満部４の内方に進む内方進行状態にある（未充満部４が小さくなる）か否かを判定する（ステップＳ９、進行状態判定工程）。
ステップＳ９で、ＮＯと判定すると、ステップＳ６に進む。
ステップＳ９で、ＹＥＳと判定すると、当該部分について要素の再分割が行われたか否かの判定を行う(ステップＳ１０）。
【００１４】
ステップＳ１０でＹＥＳと判定すると、ステップＳ６に戻る。
ステップＳ１０でＮＯと判定すると、距離が最も小さい２つの上型モデル側節点１０Ｓ，１０Ｓ近傍の要素を寸法Ｂｔで微細化するように要素の再分割を行い(ステップＳ１１、再分割工程）、ステップＳ６に戻る。
前記ステップＳ７で、ＹＥＳ（計算終了）と判定すると、本挙動解析を終了する。
【００１５】
上述したように、本実施の形態では、再分割されるべき部分を局所的に定め、これにより精度良く、挙動解析を行え、鍛造キズの発生有無を良好に把握することができる。そして、鍛造キズの発生有無の判定を、要素の再分割を局所的に行って果たすので、計算時間を必要最小限に抑えることができる。
また、上述した従来技術では、再分割すべき部分を予めある程度設定しておく必要がある。しかし、本実施の形態によれば、要素の再分割をすべき部分を、解析途中に把握しており、前もって再分割箇所を定める必要がなく便利であると共に、再分割すべき部分をより精度高く特定でき、その分、解析精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鍛造変形の解析方法が用いられる鍛造加工の様子、素材モデル及び工具モデルを示し、（Ａ）は、鍛造加工の初期段階、（Ｂ）は、鍛造加工が進行した状態を示す工程図である。
【図２】図１の鍛造加工に用いる鍛造変形の解析方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００１７】
１…素材、１Ａ…素材モデル、２…上型、２Ａ…上型モデル、４…未充満部、１０Ｓ…距離が最も小さい２つの上型モデル側節点のうち一方の節点。
【図１】
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【図２】
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